JP2009159454A - Solid-state imaging device - Google Patents
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Abstract
【課題】撮影中に明るい場所や暗い場所に急に入ったときでも撮像画像の露出オーバー,露出アンダーとなる期間を短縮する。
【解決手段】シャッタ指示信号に基づき所要電圧の電子シャッタパルスを生成するドライバ手段と、垂直同期信号に同期して撮像データの読み出しが行われると共に該撮像データの1フレーム分の積算結果により次回の垂直同期信号時における電子シャッタパルスの印加終了タイミングが決定される固体撮像素子とを備える固体撮像装置において、今回の垂直同期信号に同期して読み出される撮像データの1フレーム分の積算途中の結果によってシャッタ指示信号をドライバ手段に出力し今回の垂直同期信号時における電子シャッタパルスを制御する制御手段を設ける。
【選択図】図3An object of the present invention is to reduce a period in which a captured image is overexposed or underexposed even when suddenly entering a bright place or a dark place during photographing.
A driver unit that generates an electronic shutter pulse having a required voltage based on a shutter instruction signal, and imaging data is read in synchronization with a vertical synchronization signal, and the next time the integrated result of the imaging data for one frame is read. In a solid-state imaging device including a solid-state imaging device in which the application end timing of an electronic shutter pulse at the time of a vertical synchronization signal is determined, depending on a result during the integration of one frame of imaging data read in synchronization with the current vertical synchronization signal Control means for outputting a shutter instruction signal to the driver means and controlling an electronic shutter pulse at the time of the current vertical synchronization signal is provided.
[Selection] Figure 3
Description
本発明は、電子シャッタパルスを用いて露光時間を決める固体撮像装置に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device that determines an exposure time using an electronic shutter pulse.
図4は、従来のデジタルカメラ等の固体撮像装置で行われる電子シャッタ制御のタイミングチャートである。デジタルカメラ等で動画像を撮影したり、カメラ背面に設けられた液晶表示部にスルー画像を表示させる場合、垂直同期信号毎に読み出し信号が固体撮像素子に印加され、各読み出し信号毎に固体撮像素子から撮像データが読み出される。 FIG. 4 is a timing chart of electronic shutter control performed by a solid-state imaging device such as a conventional digital camera. When shooting a moving image with a digital camera or displaying a through image on a liquid crystal display provided on the back of the camera, a readout signal is applied to the solid-state image sensor for each vertical synchronization signal, and solid-state imaging is performed for each readout signal. Imaging data is read from the element.
図示する例で、読み出し信号4により固体撮像素子から読み出される1フレーム分の撮像データは、読み出し信号4の直前の露光期間Cに撮像されたデータとなる。この露光期間Cは、読み出し信号3後に固体撮像素子に印加される電子シャッタパルスcの印加終了タイミングから読み出し信号4の印加タイミングまでの期間となり、電子シャッタパルスcを何時のタイミングで印加終了とするかは、その直前の読み出し信号2によって読み出された露光期間Aにおける1フレーム分の撮像データに基づき、カメラ制御部が決定する。
In the example shown in the drawing, the imaging data for one frame read from the solid-state imaging device by the
従来の固体撮像装置では、例えば下記の特許文献1,2に記載されている様に、カメラ制御部がAE動作により1フレーム毎の撮像データを積算して露光量を求め、その露光量に応じて電子シャッタ期間すなわち上記の電子シャッタパルスの印加終了タイミングを決めている。そして、カメラ制御部は、決定された電子シャッタパルスの制御信号を撮像素子駆動部のタイミングジェネレータに設定し、タイミングジェネレータが固体撮像素子に印加する電子シャッタパルスの制御を行う様になっている。
In the conventional solid-state imaging device, for example, as described in
従来の固体撮像装置では、例えば図4の読み出し信号2で読み出された露光期間Aにおける撮像データが明るすぎるとき、その撮像データの積算結果が反映されて電子シャッタの開期間が縮まるのは1垂直同期信号の経過後の電子シャッタパルスcになってしまう。このため、撮影中に明るい場所に急に入ったとき画面大部分が白飛びした画像(露出オーバー)になってしまう期間が生じ、あるいは暗い場所に急に入ったとき画面の大部分が黒潰れした画像(露出アンダー)になってしまう期間が生じてしまうという問題がある。 In the conventional solid-state imaging device, for example, when the imaging data in the exposure period A read by the readout signal 2 in FIG. 4 is too bright, the result of integrating the imaging data is reflected and the opening period of the electronic shutter is shortened by 1 The electronic shutter pulse c after the elapse of the vertical synchronization signal is obtained. For this reason, when you suddenly enter a bright place during shooting, there will be a period when the screen will be mostly overexposed (overexposed), or when you suddenly enter a dark place, most of the screen will be blacked out. There is a problem that a period during which the image becomes underexposed (underexposure) occurs.
本発明の目的は、撮影中に明るい場所や暗い場所に急に入ったときでも上記の露出オーバー,露出アンダーとなる期間を短縮することができる固体撮像装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of reducing the above-described overexposure and underexposure periods even when suddenly entering a bright place or dark place during photographing.
本発明の固体撮像装置は、シャッタ指示信号に基づき所要電圧の電子シャッタパルスを生成するドライバ手段と、垂直同期信号に同期して撮像データの読み出しが行われると共に該撮像データの1フレーム分の積算結果により次回の垂直同期信号時における前記電子シャッタパルスの印加終了タイミングが決定される固体撮像素子とを備える固体撮像装置において、今回の垂直同期信号に同期して読み出される前記撮像データの前記1フレーム分の積算途中の結果によって前記シャッタ指示信号を前記ドライバ手段に出力し今回の垂直同期信号時における前記電子シャッタパルスを制御する制御手段を備えることを特徴とする。 The solid-state imaging device according to the present invention includes a driver unit that generates an electronic shutter pulse having a required voltage based on a shutter instruction signal, reading of imaging data in synchronization with a vertical synchronization signal, and integration of the imaging data for one frame. In the solid-state imaging device including a solid-state imaging device that determines the application end timing of the electronic shutter pulse at the time of the next vertical synchronization signal based on the result, the one frame of the imaging data read in synchronization with the current vertical synchronization signal And a control means for outputting the shutter instruction signal to the driver means according to a result during the integration of minutes and controlling the electronic shutter pulse at the time of the current vertical synchronization signal.
本発明の固体撮像装置の前記制御手段は、前記積算途中の結果が規定の輝度レベルを超え明るすぎると判断した場合には今回の垂直同期信号時における前記電子シャッタパルスの印加終了後に、再度、前記電子シャッタパルスを前記固体撮像素子に印加させることを特徴とする。 When the control means of the solid-state imaging device of the present invention determines that the result during the integration exceeds the specified luminance level and is too bright, after the application of the electronic shutter pulse at the time of the current vertical synchronization signal, again, The electronic shutter pulse is applied to the solid-state imaging device.
本発明の固体撮像装置の前記制御手段は、前記積算途中の結果が規定の輝度レベルを下回り暗すぎると判断した場合には今回の垂直同期信号時における前記電子シャッタパルスの前記固体撮像素子への印加を途中で強制停止させることを特徴とする。 When the control means of the solid-state imaging device of the present invention determines that the result during the integration is below a specified luminance level and is too dark, the electronic shutter pulse at the time of the current vertical synchronization signal is applied to the solid-state imaging device. The application is forcibly stopped halfway.
本発明によれば、制御手段がタイミングジェネレータを介さずに直接的にドライバ手段を制御して電子シャッタパルスの固体撮像素子への印加を制御するため、AE動作に要する時間を短縮することが可能となる。 According to the present invention, the control means directly controls the driver means without going through the timing generator to control the application of the electronic shutter pulse to the solid-state image sensor, so that the time required for the AE operation can be shortened. It becomes.
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の機能ブロック図である。この固体撮像装置10は、受光面上に結像した被写体光学像を電気信号に変換し撮像データとして出力する固体撮像素子11と、固体撮像素子11から出力される撮像データをアナログ処理するAFE/TG(アナログフロントエンド/タイミングジェネレータ)回路12と、アナログ処理されデジタルデータに変換された撮像データや水平同期信号(HD),垂直同期信号(VD)をAFE/TG回路12から受け取り画像処理を行うDSP/CPU(デジタルシグナルプロセッサ/セントラルプロセッシングユニット)13と、Vドライバ14と、セレクタ15とを備える。
FIG. 1 is a functional block diagram of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention. This solid-
固体撮像素子11は、例えばCCD(チャージカップルドデバイス)タイプでは、垂直(V)転送パルスや水平(H)転送パルス,OFD(オーバーフロードレイン)パルス,電子シャッタパルス,読み出しパルス等によって動作する。
For example, in a CCD (charge coupled device) type, the solid-
水平(H)転送パルスは、例えば3.3V程度の低電圧で済むため、AFE/TG回路12が生成して固体撮像素子11に直接出力し、固体撮像素子の水平電荷転送路を制御する。
Since the horizontal (H) transfer pulse may be a low voltage of about 3.3 V, for example, the AFE /
しかし、垂直(V)転送パルスは例えば−8V、読み出しパルスは例えば+15Vと高電圧であるため、Vドライバ14を介して所要の高電圧に変換してから固体撮像素子11に出力する様になっている。OFDパルスや電子シャッタパルスも同様に高電圧であるため、Vドライバ14を介して固体撮像素子11に出力される。
However, since the vertical (V) transfer pulse is, for example, -8V and the readout pulse is, for example, + 15V, the voltage is converted to a required high voltage via the
AFE/TG回路12は、垂直(V)転送パルスとなる元信号や、OFDパルスの元信号を生成し、垂直転送パルスの元信号をVドライバ14に出力する。従来は、電子シャッタパルスの元信号もAFE/TG回路12が生成していたが、本実施形態の固体撮像装置10では、電子シャッタパルスの元信号(シャッタ指示信号)は、DSP/CPU13が生成し、DSP/CPU13の汎用(グローバルパーパス)I/Oから出力する様になっている。即ち、本実施形態では、固体撮像素子11に印加される電子シャッタパルスは、DSP/CPU13が直接制御する構成になっている。
The AFE /
セレクタ15は、AFE/TG回路12が生成したOFDパルスの元信号とDSP/CPU13が生成した電子シャッタパルスの元信号のいずれか一方を選択してVドライバ14に入力する様になっている。
The
図2は、DSP/CPU13が電子シャッタパルスの元信号を出力する制御手順を示すフローチャートである。DSP/CPU13は、AFE/TG回路12から受け取る撮像データを積算しており(ステップS1)、その積算途中の結果が規定の低輝度レベルより小さいか否かを判定する(ステップS2)。
FIG. 2 is a flowchart showing a control procedure in which the DSP /
積算途中の撮像データが規定の低輝度レベルより小さい場合、即ち、撮像データが暗すぎる画像データであり判定結果が肯定(YES)となる場合には、ステップS3に進み、詳細は後述する様に、現在出力中の電子シャッタ信号を強制停止すると共に、次の垂直同期信号後の電子シャッタ印加終了タイミングを1フレーム分の撮像データの積算結果に基づき決定してステップS1に戻る。 If the imaging data in the middle of integration is smaller than the prescribed low luminance level, that is, if the imaging data is too dark and the determination result is affirmative (YES), the process proceeds to step S3, and details will be described later. The electronic shutter signal currently being output is forcibly stopped, and the electronic shutter application end timing after the next vertical synchronization signal is determined based on the integration result of the imaging data for one frame, and the process returns to step S1.
ステップS2の判定結果が否定(NO)すなわち積算途中の撮像データが規定の低輝度レベルより明るい場合には、ステップS2からステップS4に進み、今度は、積算途中の撮像データが規定の高輝度レベルより大きいか否かを判定する。 If the determination result in step S2 is negative (NO), that is, if the imaging data in the middle of integration is brighter than the specified low luminance level, the process proceeds from step S2 to step S4. Determine if greater than.
積算途中の撮像データが規定の高輝度レベルより大きい場合、即ち、撮像データが明るすぎる画像データであり判定結果が肯定(YES)となる場合には、ステップS4からステップS5に進み、詳細は後述する様に、現在停止中の電子シャッタ信号を再出力すると共に、次の垂直同期信号後の電子シャッタ印加終了タイミングを1フレーム分の積算値に基づき決定してステップS1に戻る。 If the imaged data in the middle of integration is larger than the specified high luminance level, that is, if the imaged data is too bright and the determination result is affirmative (YES), the process proceeds from step S4 to step S5, and details will be described later. In this manner, the electronic shutter signal that is currently stopped is output again, and the electronic shutter application end timing after the next vertical synchronization signal is determined based on the integrated value for one frame, and the process returns to step S1.
ステップS4の判定結果が否定(NO)すなわち撮像データが規定の低輝度レベルと高輝度レベルの間にあり画像データが暗すぎず明るすぎない場合には、ステップS4からステップS6に進み、次の垂直同期信号後の電子シャッタ印加終了タイミングを1フレーム分の画像データの積算結果に基づき決定してステップS1に戻る。 If the determination result in step S4 is negative (NO), that is, if the image data is between the specified low luminance level and the high luminance level and the image data is not too dark and not too bright, the process proceeds from step S4 to step S6, and the next The electronic shutter application end timing after the vertical synchronization signal is determined based on the integration result of the image data for one frame, and the process returns to step S1.
図3(a)は、図2のステップS5で実行する電子シャッタの再出力を説明するタイミングチャートである。例えば列車に乗っているユーザがデジタルカメラの電源をオンして外の風景を撮影しようとしているとき、デジタルカメラ背面の液晶表示部には、外の風景画像がスルー画像として表示されている。 FIG. 3A is a timing chart for explaining the re-output of the electronic shutter executed in step S5 of FIG. For example, when a user on a train turns on the digital camera to take a picture of an outside landscape, the outside landscape image is displayed as a through image on the liquid crystal display unit on the back of the digital camera.
図3(a)に示す読み出し信号2の後に固体撮像素子11に印加される電子シャッタbの印加終了タイミングは、読み出し信号2の直前の露光期間Aにおける1フレーム分の撮像データの積算値によって決定される。この積算対象となる撮像データは、更に1つ前の読み出し信号1の直前の露光期間xにおける撮像データである。
The application end timing of the electronic shutter b applied to the solid-
この読み出し信号1と読み出し信号2との間で上記の列車が日陰の場所から日向の場所に急に入ったとする。電子シャッタbは、露光期間xの日陰状態で決定されているため、電子シャッタbの開期間を長くとるために電子シャッタbの印加終了タイミングが早めに設定される。
It is assumed that the train suddenly enters a sunny place from a shaded place between the
しかし、列車が急に日向に入ることで、露光期間Aの撮像データは高輝度になってしまう。この高輝度な撮像データが固体撮像素子11から読み出し信号2によって読み出され、読み出される都度、順次、AFE/TG回路12からDSP/CPU13に出力され、図2のステップS1で積算される。1フレーム分の積算が終了する前の途中の積算値でも明るすぎる画像データであることがステップS4で分かるため、DSP/CPU13は既に停止している電子シャッタbの後に、電子シャッタb’をVドライバ14から固体撮像素子11に出力させる。
However, when the train suddenly enters the sun, the imaging data in the exposure period A becomes high brightness. The high-brightness imaging data is read from the solid-
これにより、露光期間Bは、電子シャッタb’の印加終了タイミングから読み出し信号3までの期間に縮まり、画像が白飛びせずに適正露出が得られる期間が従来より1垂直同期信号の期間だけ速まる。 As a result, the exposure period B is shortened to a period from the application end timing of the electronic shutter b ′ to the readout signal 3, and the period in which the image is properly exposed without whiteout is accelerated by one vertical synchronization signal period compared to the conventional case. .
図3(b)は、図2のステップS3で実行する電子シャッタの強制停止を説明するタイミングチャートである。読み出し信号1と読み出し信号2との間で上記の列車が日向の場所から急に日陰の場所に入ったとする。電子シャッタbは、露光期間xの日向状態で決定されているため、電子シャッタbの開期間を短くとるために電子シャッタbの印加終了タイミングが遅く設定される。
FIG. 3B is a timing chart for explaining the forcible stop of the electronic shutter executed in step S3 of FIG. It is assumed that the train suddenly enters a shaded place from a sunny place between the
しかし、列車が急に日陰に入ることで、露光期間Aの撮像データは低輝度になってしまう。この低輝度な撮像データが固体撮像素子11から読み出し信号2によって読み出され、読み出される都度、順次、AFE/TG回路12からDSP/CPU13に出力され、図2のステップS1で積算される。1フレーム分の積算が終了する前でも途中の積算値から暗すぎる画像データであることがステップS2で分かるため、DSP/CPU13は出力している電子シャッタbを、タイミングb’で強制停止させる。
However, when the train suddenly enters the shade, the imaging data in the exposure period A becomes low brightness. This low-brightness imaging data is read from the solid-
これにより、露光期間Bは、電子シャッタb’の印加終了タイミングから読み出し信号3までの期間に長くなり、画像が黒つぶれせずに適正露出が得られる期間が従来より1垂直同期信号の期間だけ速まる。 As a result, the exposure period B becomes longer from the application end timing of the electronic shutter b ′ to the readout signal 3, and the period during which an appropriate exposure is obtained without causing the image to be blacked out is a period of one vertical synchronization signal as compared with the conventional case. Speed up.
以上述べた様に、本実施形態の固体撮像装置では、電子シャッタパルスの生成指示を画像データの積算を行う制御部が直接行うため、急に明るい場所に移動したり暗い場所に移動した場合でも高速に適正露出の画像を得ることができ、AE動作の高速化を図ることが可能となる。 As described above, in the solid-state imaging device according to the present embodiment, the electronic shutter pulse generation instruction is directly performed by the control unit that integrates the image data, so even if the image is suddenly moved to a bright place or a dark place. An image with appropriate exposure can be obtained at high speed, and the speed of the AE operation can be increased.
制御部として用いるCPUは、通常、カウンタを内蔵すると共に各種出力用のI/Oも持っているため、これ等を流用することで、コストアップを回避して固体撮像装置の上述したAE動作の高速化を図ることが可能となる。 Since the CPU used as the control unit usually has a counter and has I / O for various outputs, diverting them can avoid an increase in cost and perform the above-described AE operation of the solid-state imaging device. It is possible to increase the speed.
本発明によれば、急に明るい場所に移動したり暗い場所に移動した場合でも直ぐに適正露出の画像を撮像することができるため、デジタルカメラに適用すると有用である。 According to the present invention, it is useful to apply to a digital camera because an image with a proper exposure can be taken immediately even when suddenly moved to a bright place or moved to a dark place.
10 固体撮像装置
11 固体撮像素子
12 AFE/TG回路
13 DSP/CPU
14 Vドライバ
15 セレクタ
DESCRIPTION OF
14
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007337155A JP2009159454A (en) | 2007-12-27 | 2007-12-27 | Solid-state imaging device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007337155A JP2009159454A (en) | 2007-12-27 | 2007-12-27 | Solid-state imaging device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2009159454A true JP2009159454A (en) | 2009-07-16 |
Family
ID=40962931
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2007337155A Pending JP2009159454A (en) | 2007-12-27 | 2007-12-27 | Solid-state imaging device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2009159454A (en) |
-
2007
- 2007-12-27 JP JP2007337155A patent/JP2009159454A/en active Pending
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